《计算机通信应用层》课件

计算机通信应用层应用层是计算机网络协议体系结构的最高层。它直接为用户提供服务，并与其他应用程序进行交互。课程导引课程目标理解计算机通信应用层的作用和协议。课程内容介绍常见应用层协议，如HTTP、DNS、SMTP、FTP等。学习方法理论学习和实践结合，掌握协议原理和应用技巧。课程评估课堂参与、作业、期末考试等方式综合评估。应用层的位置和作用应用层的位置应用层是计算机网络体系结构中的最高层，它直接面向用户，提供各种网络应用服务，例如网页浏览、电子邮件、文件传输等。应用层的作用应用层负责与用户交互，将用户的请求转换为网络数据，并将其传递给下层，最终将来自下层的网络数据转换为用户可以理解的信息。应用层的常见协议HTTP协议超文本传输协议，用于网页浏览和资源传输，支持各种媒体类型。电子邮件协议SMTP、POP3和IMAP，用于发送和接收电子邮件，支持附件和多种编码格式。FTP协议文件传输协议，用于在网络中传输文件，支持断点续传和目录操作。DNS协议域名系统协议，用于将域名解析为IP地址，是互联网的基础设施之一。HTTP协议HTTP(HypertextTransferProtocol)是应用层协议，用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本数据，基于TCP协议之上。HTTP协议是无状态的，每个请求都是独立的，服务器不保留之前请求的信息。HTTP协议定义了多种请求方法，包括GET,POST,PUT,DELETE等，用于不同的操作类型。HTTP请求消息1请求方法GET,POST,PUT,DELETE,HEAD,OPTIONS,CONNECT2请求URL访问资源的路径，包含协议、主机名、端口号3HTTP协议版本HTTP/1.0,HTTP/1.1,HTTP/24请求头部包含请求信息，例如：User-Agent、Accept、Host5请求主体可选部分，用于发送数据，例如：POST请求的数据HTTP响应消息状态行响应消息的第一行，包括HTTP版本、状态码和状态码的描述信息。响应头提供关于响应内容的附加信息，例如内容类型、编码方式、缓存信息等。空行响应头和响应正文之间用一个空行分隔。响应正文包含请求的资源内容，例如HTML页面、图像、视频或其他数据。HTTP特点和工作原理1无状态协议HTTP是无状态协议，服务器不会保存客户端请求信息。2基于请求/响应模式客户端发送请求消息，服务器返回响应消息，完成一次通信。3简单易用HTTP协议简单易于理解和实现，便于应用开发。4文本协议HTTP消息使用纯文本格式，易于解析和处理。DNS服务域名系统(DNS)是互联网的基础服务之一，它将易于记忆的域名转换为计算机可识别的IP地址。DNS类似于电话簿，将域名与IP地址相关联，允许用户通过域名访问网站或服务。DNS服务由分布式的服务器网络提供，这些服务器负责存储和维护域名与IP地址的映射关系。DNS域名解析过程11.浏览器发送域名请求用户输入网址，浏览器向本地DNS缓存查询22.递归查询本地DNS缓存无记录，向根域名服务器发起递归查询33.迭代查询根域名服务器返回顶级域名服务器地址，开始迭代查询44.返回IP地址最终获得目标服务器IP地址，返回给本地DNS缓存DNS域名解析是将域名转换为IP地址的过程，这个过程由DNS服务器完成。DNS服务器使用递归查询和迭代查询来获取目标服务器的IP地址。DNS服务器类型根服务器根服务器是DNS系统中的最高级服务器。它们存储了顶级域名的信息，例如.com、.org和.net。顶级域名服务器顶级域名服务器负责管理特定的顶级域名，例如.com或.org。它们存储了该顶级域名下所有域名的信息。授权服务器授权服务器负责管理特定域名的信息，例如。它们存储了该域名下所有主机的信息。缓存服务器缓存服务器存储最近查询的域名信息，以加快解析速度。它们在本地缓存DNS查询结果，从而减少网络流量。SMTP协议简单邮件传输协议SMTP是用于在网络中发送电子邮件的协议。服务器间通信SMTP协议定义了邮件服务器之间传输邮件的规则。客户端发送邮件用户使用邮件客户端软件发送电子邮件，通过SMTP协议将邮件发送到邮件服务器。SMTP邮件传输过程1邮件发送用户使用邮件客户端编写邮件2邮件服务器邮件客户端将邮件发送到邮件服务器3SMTP协议邮件服务器使用SMTP协议将邮件发送到接收服务器4邮件接收接收服务器接收邮件并存储在邮件服务器中5邮件读取用户使用邮件客户端从邮件服务器读取邮件邮件发送者将邮件发送到邮件服务器，邮件服务器使用SMTP协议将邮件转发到接收服务器，接收服务器将邮件存储在本地，接收者使用邮件客户端从接收服务器读取邮件。POP3和IMAP邮件协议1POP3POP3(PostOfficeProtocol3)是用于接收邮件的协议，邮件从服务器下载到客户端，然后从服务器删除。2IMAPIMAP(InternetMessageAccessProtocol)允许客户端访问服务器上的所有邮件，即使邮件没有下载到客户端。3区别IMAP允许用户在多个设备上同步邮件，而POP3则只能在单个设备上访问邮件。FTP文件传输协议FTP（文件传输协议）是一种用于在网络上上传和下载文件的标准协议。FTP协议允许用户在不同主机之间传输文件，并提供用户认证和文件管理功能。FTP协议使用TCP协议进行数据传输，并提供两种连接模式：主动模式和被动模式。FTP协议通过端口21进行控制连接，并使用端口20进行数据传输。FTP协议广泛应用于各种场景，例如网站文件上传、软件更新和数据备份等。FTP工作模式和应用FTP服务器提供文件存储和访问服务的计算机。FTP客户端用于连接FTP服务器并进行文件操作的软件。FTP协议定义了客户端和服务器之间数据传输规则。文件传输支持上传、下载、删除、重命名等操作。流媒体传输协议流媒体传输协议用于实时传输音频、视频等多媒体数据，例如网络广播、视频点播等。常见的流媒体传输协议包括RTP、RTCP、RTSP等，它们在不同的层面上支持流媒体传输，共同构成完整的流媒体传输体系。RTP和RTCP协议实时传输协议(RTP)RTP用于在互联网上传输实时数据，例如音频和视频。RTP协议提供数据分组，并为每个数据分组添加时间戳和序列号。实时传输控制协议(RTCP)RTCP协议用于控制和监控RTP数据流。RTCP协议可用于发送反馈信息，例如接收端的网络状况和接收到的数据质量。RTSP控制流媒体协议RTSP概述RTSP是一种用于控制流媒体的协议，提供创建、控制和终止流媒体会话的功能。RTSP工作流程客户端向服务器发送RTSP请求，例如建立连接、播放流、暂停流等，服务器响应相应的RTSP消息。RTSP优势RTSP支持多播和点播，能够灵活控制媒体流，广泛应用于视频监控、网络直播等领域。RTSP应用RTSP与RTP/RTCP协议相结合，实现流媒体数据的传输和控制，为用户提供高质量的视频和音频体验。P2P应用和特点去中心化P2P网络去中心化，没有中央服务器控制，节点之间直接通信，减少网络延迟。共享资源P2P网络中的节点可以共享资源，包括文件、带宽、计算能力等，提高资源利用率。高容错性P2P网络容错能力强，即使某些节点出现故障，也不会影响整个网络的正常运行。安全性P2P网络安全性相对较高，由于数据分散存储，攻击者难以集中攻击。BitTorrent协议BitTorrent是一种点对点文件共享协议。它允许用户将大型文件（如电影或音乐）分成许多小块，然后通过网络从多个用户处同时下载这些小块。这种方式可以显著提高下载速度，并有效利用网络带宽。BitTorrent协议广泛应用于文件共享，是互联网上最流行的协议之一。Socket编程基础定义Socket是应用层与传输层之间的接口，允许应用程序发送和接收数据。类型Socket分为流式Socket和数据报Socket，分别对应TCP和UDP协议。操作创建、绑定、监听、连接、发送和接收数据，以及关闭Socket。优势Socket编程提供灵活性和可移植性，支持不同平台之间的网络通信。Socket通信过程1建立连接客户端向服务器发送连接请求，服务器接受请求并建立连接。2数据传输客户端和服务器通过Socket进行数据传输，可以是文本、二进制数据等。3关闭连接客户端或服务器主动关闭连接，释放资源并结束通信。Socket编程实例演示Socket编程允许应用程序通过网络进行通信。通过创建套接字并绑定到特定的地址和端口，应用程序可以与其他套接字建立连接并交换数据。Socket编程涉及多个步骤，包括创建套接字、绑定套接字、监听连接、接受连接、发送和接收数据以及关闭套接字。示例演示了这些步骤的实际应用。应用层安全数据加密确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。访问控制限制未授权用户访问敏感信息或服务。身份验证验证用户身份，确保用户是合法用户。恶意软件防御防止恶意软件攻击，保护系统和数据安全。SSL/TLS加密机制握手阶段SSL/TLS使用握手协议建立安全连接。对称密钥加密握手完成后，双方使用对称密钥进行数据加密。数字证书验证证书验证身份，确保通信安全。加密算法支持多种加密算法，例如AES、RSA等。应用层安全解决方案11.数据加密利用SSL/TLS加密通信内容，防止窃听和篡改。22.身份验证使用数字证书验证服务器和客户端的身份，确保通信双方合法可靠。33.访问控制限制用户对特定资源的访问权限，防止未授权操作。44.安全协议使用安全协议，例如HTTPS、FTPS等，增强数据传输安全性。应用层协议发展趋势移动化和云计算移动设备和云计算的普及，推动了应用层协议的适应性发展，例如，基于云的协作和实时通信协议的应用越来越广泛。